龔 玉 林王棟
(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067)
利用內(nèi)燃機(jī)余熱為熱介質(zhì)系統(tǒng)加熱研究
龔 玉 林王棟
(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067)
本文介紹了111FPSO余熱回收工程的熱介質(zhì)系統(tǒng),總結(jié)了熱介質(zhì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)原有系統(tǒng)和新增系統(tǒng)的鏈接和隔離,并闡述了熱介質(zhì)系統(tǒng)的注油、調(diào)試方案和操作規(guī)程。在類似的余熱回收項(xiàng)目中,對熱介質(zhì)系統(tǒng)應(yīng)保留原有的功能,采用閥門隔離的方式較為符合工程實(shí)際。特別是增加余熱回收后,熱介質(zhì)系統(tǒng)的最高點(diǎn)可能會(huì)高于膨脹罐的高度,給膨脹罐加壓是較為合理的方式。
FPSO;內(nèi)燃機(jī);余熱利用;熱介質(zhì)系統(tǒng)
海洋石油111FPSO目前共配有5臺7760kW的原油發(fā)電機(jī)。三臺10000kW的熱介質(zhì)油鍋爐,用于原油加熱。目前熱介質(zhì)油鍋爐長期處于最低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),每日消耗原油8t~10t。同時(shí)發(fā)電機(jī)的尾氣長期對空排放,既浪費(fèi)了大量的可回收能源,同時(shí)也造成了對大氣的熱污染。
因此,采油服務(wù)公司于2011年提出了本項(xiàng)目,通過加裝余熱回收裝置對發(fā)電機(jī)尾氣余熱進(jìn)行回收利用,替代熱油鍋爐加熱熱介質(zhì)油,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
熱介質(zhì)系統(tǒng)的目的是為FPSO上的熱用戶提供充足的熱源,使各熱用戶達(dá)到一定的溫度,以滿足工藝處理的要求。本系統(tǒng)選用性質(zhì)穩(wěn)定的合成烴混合物作為熱介質(zhì),其攜熱能力強(qiáng),難揮發(fā),不易燃,可循環(huán)使用。燃料為原油或柴油,正常生產(chǎn)時(shí)以原油為燃料,燃料原油系統(tǒng)供油故障時(shí)以柴油作燃料。
熱介質(zhì)系統(tǒng)是一套密閉系統(tǒng),熱介質(zhì)運(yùn)行在獨(dú)立封閉的管路中,只與熱用戶交換熱能。熱介質(zhì)經(jīng)過循環(huán)泵加壓,進(jìn)入熱介質(zhì)鍋爐內(nèi)被加熱,然后攜帶著大量的熱能,流經(jīng)各用戶(熱交換器、加熱盤管等)進(jìn)行熱能傳遞,經(jīng)過換熱后,冷的熱介質(zhì)匯集在一起,又回到循環(huán)泵進(jìn)口,再進(jìn)行增壓,加熱,換熱,如此反復(fù)循環(huán),提供穩(wěn)定的熱源。在加熱過程中產(chǎn)生的煙道尾氣進(jìn)入惰氣系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)最高點(diǎn)設(shè)有膨脹罐,收集熱循環(huán)過程中的熱介質(zhì)膨脹余量,亦可補(bǔ)充循環(huán)過程中的熱介質(zhì)損耗,從而保證系統(tǒng)中有相對穩(wěn)定的熱介質(zhì)循環(huán)量。在機(jī)艙內(nèi)設(shè)有熱介質(zhì)儲存(補(bǔ)充)罐和熱介質(zhì)泄放罐,可在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行熱介質(zhì)補(bǔ)充和在應(yīng)急時(shí)接收熱介質(zhì)的排放。熱介質(zhì)鍋爐設(shè)有二氧化碳保護(hù)裝置,當(dāng)爐內(nèi)溫度過高或管線破裂發(fā)生火災(zāi)時(shí)可自動(dòng)噴放,消除火災(zāi)。
表1 熱介質(zhì)系統(tǒng)組成
表2 熱介質(zhì)用戶表
表3 熱介質(zhì)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)
2.1 熱介質(zhì)系統(tǒng)組成(設(shè)備及用戶)
表1所示為111FPSO熱介質(zhì)系統(tǒng)的基本設(shè)備,該系統(tǒng)已經(jīng)通過幾年的運(yùn)行,完全能夠滿足生產(chǎn)所需。當(dāng)增加余熱回收裝置后,則需增加一部分熱介質(zhì)油,同時(shí)增加余熱回收裝置,故對原有的系統(tǒng)造成一定的沖擊。因此,在設(shè)計(jì)余熱回收裝置來替代鍋爐時(shí),應(yīng)考慮熱介質(zhì)系統(tǒng)最優(yōu)化的解決方式,保證原有系統(tǒng)改動(dòng)最小且滿足功能需求。
表2所示為各個(gè)用熱設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場和工程師交流可知,原油首先經(jīng)過高壓分離器,然后是原油換熱器,最后經(jīng)過低壓分離器和靜壓脫水器。熱介質(zhì)油在加熱原油過程中,由于從鉆井平臺的原油溫度較高,故給原油加熱的熱介質(zhì)油的用量不大,熱介質(zhì)油的主要在于給倉底的原油保溫,使其處于流動(dòng)狀態(tài)。
2.2 熱介質(zhì)系統(tǒng)運(yùn)行情況
表3所示為熱介質(zhì)鍋爐設(shè)計(jì)情況,實(shí)際是設(shè)計(jì)值偏大,運(yùn)行1臺鍋爐就能滿足現(xiàn)場加熱需求。注明:熱介質(zhì)循環(huán)泵的排量:301m3/h;實(shí)際進(jìn)出鍋爐的熱介質(zhì)溫度:進(jìn)口75℃、出口96℃;目前用一臺鍋爐即可滿足熱介質(zhì)用戶的需要。
圖1 二期余熱回收改造工程熱介質(zhì)系統(tǒng)圖
燃油鍋爐系統(tǒng)與余熱回收裝置系統(tǒng)采取并聯(lián)的方式運(yùn)行。兩臺余熱回收裝置D/E形成一個(gè)余熱回收裝置系統(tǒng),每臺之間采取并聯(lián)的方式運(yùn)行,每臺余熱回收裝置進(jìn)出口都有快關(guān)閥,當(dāng)余熱回收裝置不運(yùn)行時(shí)關(guān)閉進(jìn)出口快關(guān)閥,通過余熱回收裝置系統(tǒng)熱油進(jìn)口總管與出口總管之間的手動(dòng)調(diào)節(jié)旁通閥,熱油會(huì)直接旁通到出口總管。原先的3臺燃油鍋爐A/B/C組合成一個(gè)燃油鍋爐系統(tǒng),每臺之間都是并聯(lián)方式運(yùn)行。原先的4臺循環(huán)泵組成一個(gè)循環(huán)泵系統(tǒng),每臺之間都是并聯(lián)運(yùn)行。經(jīng)過余熱回收裝置系統(tǒng)加熱后的熱油經(jīng)過節(jié)流孔板后直接到達(dá)熱油分配系統(tǒng),經(jīng)過分配系統(tǒng)的分配供給到各個(gè)艙室加熱。故現(xiàn)場需要增加4個(gè)大閥門來隔離現(xiàn)有系統(tǒng)和原有系統(tǒng)。
熱介質(zhì)膨脹罐的改造:沒有安裝余熱回收裝置時(shí)運(yùn)行液位為0.55m~0.6m,高度與發(fā)電機(jī)組的水平煙囪低上2.5m。現(xiàn)有的膨脹罐采用閉式系統(tǒng),新增熱油系統(tǒng)盡管熱油整體高度有所提高,只需將氮?dú)馄康膲毫?bar~1.5bar即可。
圖2 現(xiàn)場熱油總管改造圖
4.1 加注熱油
膨脹罐注油加壓,加壓至100KPa;檢查熱油管線閥門開關(guān)狀態(tài),抽掉熱油閥門盲板;關(guān)閉泄放隔離閥和泄放閥;打開進(jìn)出口快關(guān)閥(DE余熱回收裝置同時(shí)打開);打開補(bǔ)油閥(DE余熱回收裝置)和補(bǔ)油隔離閥;打開管路頂端透氣閥(DE),用桶接滲油(觀察都無空氣放出都是滲油時(shí)關(guān)閉透氣閥);啟動(dòng)補(bǔ)油泵,加注熱油;補(bǔ)油結(jié)束后關(guān)閉補(bǔ)油泵;關(guān)閉補(bǔ)油閥(DE余熱回收裝置)和補(bǔ)油隔離閥。
注意事項(xiàng):膨脹罐注油加壓前后需保持膨脹罐油位,確保油位在1/3-1/2并且不低于低位報(bào)警位;加注熱油過程中,注意觀察管線、閥門、法蘭等等,防止熱油泄露;打開管路頂端透氣閥,派專人看守觀察,防止非正常泄露,補(bǔ)油結(jié)束后應(yīng)馬上關(guān)閉。
4.2 水分蒸發(fā)
啟動(dòng)兩臺(至少兩臺)熱油循環(huán)泵,其中一臺作為余熱回收裝置系統(tǒng)循環(huán)泵;打開對應(yīng)的兩個(gè)隔離閥(運(yùn)行鍋爐對應(yīng)的隔離閥開度調(diào)?。?;打開總管隔離閥后,關(guān)閉非運(yùn)行鍋爐的熱油出口閥門;通過運(yùn)行鍋爐將熱油溫度逐步升高至130℃以上(分階段運(yùn)行,2~3天);每一階段水分蒸發(fā)過程結(jié)束,循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)30min后,停止余熱回收裝置對應(yīng)的循環(huán)泵,關(guān)閉對應(yīng)的兩個(gè)隔離閥、總管隔離閥,打開非運(yùn)行鍋爐熱油出口閥門;重復(fù)上述過程,直到全部運(yùn)行24h以上。
注意事項(xiàng):每一階段水分蒸發(fā)結(jié)束后,打開膨脹罐頂部透氣閥門,將水蒸氣排除后關(guān)閉;過程中注意觀察管線、閥門、法蘭等等,防止熱油泄露;過程中一直要持續(xù)運(yùn)行鍋爐保持熱油溫度在130℃以上,以實(shí)現(xiàn)水分完全蒸發(fā)。
檢查熱介質(zhì)膨脹罐液位,確保油位在1/3-1/2并且不低于低位報(bào)警液位,檢查膨脹罐壓力并進(jìn)行加壓至1.5bar;檢查并打開準(zhǔn)備要啟動(dòng)的用于余熱回收裝置系統(tǒng)的熱介質(zhì)循環(huán)泵的進(jìn)出口閥、往余熱回收裝置系統(tǒng)的對應(yīng)的進(jìn)口隔離閥、余熱回收裝置系統(tǒng)的總出口隔離閥、余熱回收裝置的進(jìn)出口快關(guān)閥、余熱回收裝置的出口手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、測量孔板兩端的截止閥和所有壓力表閥等,關(guān)閉對應(yīng)熱介質(zhì)鍋爐的出口閥門;檢查并啟動(dòng)對應(yīng)的熱介質(zhì)循環(huán)泵,檢查余熱回收裝置的進(jìn)出口壓力值、壓差流量計(jì)的壓差值、壓差變送器的壓差值和流量積算儀的流量值等參數(shù);維持熱介質(zhì)循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)30min后,停止循環(huán)泵,關(guān)閉余熱回收裝置系統(tǒng)的進(jìn)口隔離閥和總出口隔離閥。一般情況下,煙氣旁通后不關(guān)閉余熱回收裝置系統(tǒng)的進(jìn)口隔離閥和總出口隔離閥,維持熱介質(zhì)循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)保持熱介質(zhì)在余熱回收裝置內(nèi)循環(huán)即可;如果需要運(yùn)行對應(yīng)的熱介質(zhì)鍋爐,則等待熱介質(zhì)循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)30min后關(guān)閉余熱回收裝置系統(tǒng)的進(jìn)口隔離閥和總出口隔離閥,打開熱介質(zhì)鍋爐對應(yīng)的進(jìn)出口閥門,啟動(dòng)熱介質(zhì)鍋爐即可。
注意事項(xiàng):如果需要保持熱介質(zhì)循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),需要打開熱介質(zhì)循環(huán)泵對應(yīng)的鍋爐進(jìn)出口閥以保持循環(huán);余熱回收裝置出現(xiàn)泄漏報(bào)警時(shí),應(yīng)先打開泄漏報(bào)警裝置出口閥門,確認(rèn)泄漏報(bào)警物質(zhì)(油或者水),如果水直接排放,如果是油則需排至污水倉;當(dāng)余熱回收裝置熱負(fù)荷大于生產(chǎn)所需熱負(fù)荷時(shí),建議將熱量用掉,防止進(jìn)入余熱回收裝置熱油溫度過高,影響熱回收效率。
本文通過介紹了111FPSO余熱回收工程的熱介質(zhì)系統(tǒng),闡述了熱介質(zhì)系統(tǒng)的注油、調(diào)試方案和操作規(guī)程,得出了如下結(jié)論:在類似的余熱回收項(xiàng)目中,對熱介質(zhì)系統(tǒng)應(yīng)保留原有的功能,采用閥門隔離的方式較為負(fù)荷工程實(shí)際。加注熱介質(zhì)油和給熱介質(zhì)油蒸發(fā)水分時(shí)應(yīng)注意防止泄露。特別是增加余熱回收后,熱介質(zhì)系統(tǒng)的最高點(diǎn)可能會(huì)高于膨脹罐的高度,給膨脹罐加壓是較為合理的方式。